WC/Co-Cr复合涂层激光熔覆工艺优化与表征

发布时间：2021-10-09 12:19

　　目的优化复合涂层的熔覆工艺参数,获得综合性能优异的WC/Co-Cr复合涂层。揭示复合涂层的相结构、组织构成及界面特性。方法采用YAG固体激光器在45钢上熔覆WC/Co-Cr复合涂层,以电流、频率、脉宽、扫描速度作为变量,设计四因素三水平正交试验,对熔覆效果进行评分,获得最佳参数组合。通过XRD,XRF,OM,EMPA等分析手段对复合涂层进行表征。结果电流对熔覆效果的影响最显著,其次为频率,再次之为激光扫描速度,脉宽的影响显著性最小。随WC含量增加,激光脉宽应增加,而激光扫描速度应该适当减小。复合涂层的显微组织形貌主要为固溶体上分布着共晶组织以及金属间化合物、碳化物,还有由成分过冷导致的胞状组织。复合涂层的物相组成包括Cr Co,WC,Cr7C3,Cr3C2等。结论采用WC质量分数10%的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1 ms,扫描速度8 mm/s。采用WC质量分数20%的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1.5 ms,扫描速度6 mm/s。复合涂层与混合粉末相比,相组成发生了变化,有金属间化合物、碳化物等强化相产生,且... 

【文章来源】：表面技术. 2015,44(06)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

涂层表面宏观缺陷Fig．1Macroscopicdefectsofcoating:a)pores;b)floatingslag;c)cracksandwaves

?鞯牡缌骶龆?思す饽芰康拇笮。??曰岫匀?化-凝固过程产生重大影响。WC含量不同，最佳参数组合有所不同。由试验结果看出，WC含量增加，应增加脉宽，并适当降低扫描速度。脉宽反映的是当激光功率一定时，脉冲电流持续的时间，WC含量增多，需求的能量就会增多，所以增加持续时间对涂层质量的改善是有益的。降低扫描速度能够获得相对较宽的熔池，以保证粉末充分熔化，有利于熔化-凝固过程的进行，获得质量良好的涂层。2．2复合涂层的元素组成及相组成选用20%WC粉末，以前面获得的最佳参数组合进行多道搭接熔覆试验，图2为熔覆涂层的X射线荧光光谱。元素定性分析结果表明，熔覆涂层的元素构成与Co-Cr合金和WC相一致，并未发生任何改变。整个熔覆过程，粉末在激光辐照下熔化，当激光束沿着运行轨迹向前移动离开，刚熔化的粉末经历凝固过程。混合粉末在熔化-凝固过程中，元素的种类并不发生变化，但含量会因为烧损而有所变化。凝固是一个新相形成的过程，所以整个过程中，发生变化的是相组成。图3为涂层的XＲD图谱，分析表明，生成的图2涂层元素定性分析Fig．2Qualitativeelementaryanalysis图3涂层的XＲD图谱Fig．3XＲDpatternofcoating新相主要为Co和W的金属间化合物、碳化物以及Co的固溶体。这些金属间化合物和碳化钨可以作为合金涂层的增强相，Co固溶体则可作为软基体，实现了一定的强-韧配合。2．3复合涂层的金相组织由于多组元的缘故，复合涂层的相组成是复杂的，所以涂层也不会呈现出单一的显微组织形貌。图4a中，白色基体组织为Co固溶体，其上分布着灰色的共晶组织以及各种以第二相形式呈现的金属间化合物。WC在合金凝固的过程中成为异质形核核心，晶核数量得到增加。激光熔覆过程中，过冷度较大，凝固是非平衡过

-凝固过程的进行，获得质量良好的涂层。2．2复合涂层的元素组成及相组成选用20%WC粉末，以前面获得的最佳参数组合进行多道搭接熔覆试验，图2为熔覆涂层的X射线荧光光谱。元素定性分析结果表明，熔覆涂层的元素构成与Co-Cr合金和WC相一致，并未发生任何改变。整个熔覆过程，粉末在激光辐照下熔化，当激光束沿着运行轨迹向前移动离开，刚熔化的粉末经历凝固过程。混合粉末在熔化-凝固过程中，元素的种类并不发生变化，但含量会因为烧损而有所变化。凝固是一个新相形成的过程，所以整个过程中，发生变化的是相组成。图3为涂层的XＲD图谱，分析表明，生成的图2涂层元素定性分析Fig．2Qualitativeelementaryanalysis图3涂层的XＲD图谱Fig．3XＲDpatternofcoating新相主要为Co和W的金属间化合物、碳化物以及Co的固溶体。这些金属间化合物和碳化钨可以作为合金涂层的增强相，Co固溶体则可作为软基体，实现了一定的强-韧配合。2．3复合涂层的金相组织由于多组元的缘故，复合涂层的相组成是复杂的，所以涂层也不会呈现出单一的显微组织形貌。图4a中，白色基体组织为Co固溶体，其上分布着灰色的共晶组织以及各种以第二相形式呈现的金属间化合物。WC在合金凝固的过程中成为异质形核核心，晶核数量得到增加。激光熔覆过程中，过冷度较大，凝固是非平衡过程，当凝固前沿出现成分扰动，会产生成分过冷［17—18］，溶质的富集和贫化会使平直界面受到破坏而产生凹坑和突起，形成胞状组织，如图4b所示。图4c为第二相在基体上的分布，呈现阵列状。如图4d所示，第二相颗粒呈岛状分布于基体之上。金属间化合物和碳化物的出现和分布，对合金涂层起到了增强作用。图4熔覆涂层显微组织形貌Fig．4Metallurgicalstructureofcoating:a)eut

【参考文献】：
期刊论文
[1]基材属性对Ni60A-WC激光熔覆涂层性能的影响[J]. 刘发兰,赵树森,高文焱,周春阳,王奕博,林学春.  中国有色金属学报. 2014(05)
[2]激光熔覆纳米SiC增强Ni基合金涂层的组织与高温抗氧化性能[J]. 汪新衡,蒋冬青,张蓉,刘安民,朱航生.  表面技术. 2014(01)
[3]添加TiC对激光粒子沉积WC-Co-Cr和WC-Ni涂层性能的影响（英文）[J]. B.A.OBADELE,P.A.OLUBAMBI,O.T.JOHNSON.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(12)
[4]激光熔覆纳米Al2O3颗粒增强Ni基合金涂层界面组织和高温热腐蚀性能[J]. 汪新衡,钱书琨,刘安民,朱航生.  表面技术. 2013(06)
[5]送粉角度对激光熔覆铁基复合涂层形状特征的影响[J]. 蔡川雄,刘洪喜,张晓伟,王传琦,蒋业华.  强激光与粒子束. 2013(06)
[6]45钢表面激光熔覆Fe-B-Si铁基非晶复合材料[J]. 张娈,董闯,王存山,王清.  材料热处理学报. 2012(10)
[7]35CrMo钢表面激光熔覆Ni/WC-Y2O3熔覆层性能研究[J]. 丁阳喜,邬哲.  表面技术. 2011(05)
[8]激光熔覆SiC/Co复合涂层的组织与性能研究[J]. 张维平,郎志华,马海波.  表面技术. 2011(01)
[9]激光熔覆成形技术的研究进展[J]. 宋建丽,李永堂,邓琦林,胡德金.  机械工程学报. 2010(14)



本文编号：3426364